浅谈运用比值定义法构建物理概念的教学过程

罗卫娜

【摘要】为了让学生学好物理，教师应更加注重物理概念构建的过程和方法。而比值定义法在高中物理概念教学中的应用就是一场及时雨，因为其恰好能够帮助学生理清物理概念构建的过程和方法，真正地让学生理解和掌握物理概念，继而达到学好物理目的。

【关键词】构建;物理概念;比值定义法;试探点电荷;比例系数;物理属性;电场强度

一、物理概念教学的意义

任何一门科学学科，都是以一些基本概念作为分析问题 、综合处理问题和逻辑推导等思维的出发点，从而形成这门科学学科的内容、体系和结构。物理学也不例外，物理概念是形成物理规律和物理理论的基础。所以在高中物理教学中，要想学生能够系统地掌握物理知识，首先就要让学生很好地理解和掌握物理概念。而学生普遍觉得高中物理难学，笔者认为最主要的原因就是对物理概念一知半解，而其中的部分原因就是很多教师只让学生死记硬背概念定义、公式，做练习，而不注重物理概念构建的过程和方法。所以，为了让学生学好物理，教师应更加注重物理概念构建的过程和方法。而比值定义法在高中物理概念教学中的应用就是一场及时雨，因为其恰好能够帮助学生理清物理概念构建的过程和方法，真正地让学生理解和掌握物理概念，继而达到学好物理目的。

二、对“比值定义法”教学的理解

1.注重物理概念的来龙去脉

研究一个实际问题，并通过比值定义法构建物理概念来描述这个问题，进行研究，得出结论，交代概念的物理意义和使用它解决实际问题。

2.通过猜想和类比，进行逻辑推理等活动达到构建物理概念的目的

比值定义法是通过猜想和类比，从普通到特殊地进行逻辑推理、抽象思维等活动，达到构建物理概念的目的，并在一系列构建概念的活动中加深对物理概念的理解和认识。举例说明，在重力场、电磁场的教学中，因为场都有看不见摸不着的共性，所以需要选择一个试探物体放入场中来探究其特性，并最后用场对试探物体的作用力与试探物体有关物理量的比值来构建描述对应场性质的物理量。

3.不能把比值定义法公式纯粹的数学形式化

在构建物理概念的时候，要向学生交代清楚其物理思想方法和逻辑思维过程、有关物理概念之间的相互依存和制约的关系、所表达的物理意义。切忌被数学符号形式化，而导致学生死记硬背和胡乱使用。

三、探究运用“比值定义法”构建电场强度概念的教学过程

自然界中两个没有直接接触的带电物体通过一种看不见也摸不着的无形媒介——电场实现相互作用。

基于学生在前面一节已经学习了库仑定律，因此在讨论如何描述电场强弱性质时，应该从试探点电荷在电场中受到的静电力入手。根据实验我们很容易就得出以下结论：同一个试探点电荷放在电场中的不同位置受到的电场力大小一般是不同的（如图1所示），不同的试探点电荷即使在电场中同一个位置受到的电场力的大小也是不同的。因为电场力与试探点电荷有关，所以不能直接用试探點电荷所受的电场力来描述电场的自身强弱性质。

那么我们是时候要构建出一个可以描述电场强弱性质的新物理概念，且其必须与试探点电荷无关而仅由场源本身决定，在上述实验现象中得出的结论表明，这一物理概念应该与其所处电场位置有关。于是我们开始进行大胆猜想与推理，使用控制变量法，首先在已知电场中选定一个位置，然后把一个电荷量为q1的试探点电荷放至该位置，它受到的电场力是F1，若把另一个电荷量2q1的试探点电荷放至该位置受到的电场力是多大呢？我们可以运用等效替代的方法来解决这一问题，放入一个电荷量为2q1的试探点电荷，就可以用两个电荷量均为q1的试探点电荷一同放入该位置来替代，每一个试探点电荷受到的电场力都为F1，那么把它们作为一个整体所受到的合力可能就是2F1;不过这还有待于物理实验的进一步论证，之后我们还可以继续进行猜想与推理，在该处放入一个电荷量3q1的试探点电荷，同理受到的电场力就是3F1;以此类推……可以得出，试探点电荷在电场中同一个位置受到的电场力F与该试探点电荷的电荷量q总是成正比，即k=F/q，k就是学生在数学中所熟知的比例系数。

在这个的基础上，再创设一个可以运用库仑定律去解决描述电场强弱性质问题的特殊情景：假设真空中的某电场来源于独立点电荷+Q（场源），在它周围选定一个位置距场源+Q距离为r，将不同的试探点电荷q1、q2、q3……依次放至该位置，设各个试探点电荷所受的库仑力分别是F1、F2、F3……则由库仑定律可知F1=kQq1/r2、F2=kQq2/r2、F3=kQq3/r2……显然，F1/q1=F2/q2=F3/q3……=kQ/r2 是个定值，显而易见这一定值只与场源电荷和其所处位置有关。所以可以用它来描述该位置电场的性质，这与我们之前猜想并推导出k=F/q 的结论是一致的。

最后用实验验证了我们的猜想，在任何电场中的任一位置放置不同的试探点电荷，试探点电荷受到的电场力总与试探点电荷的电荷量成正比;并且在电场中的不同位置它们成正比的比例系数一般也不同。至此，构建描述电场性质的新物理概念的时机已经到了，定义出物理概念（电场强度）E=F/q 来描述电场强弱性质，它是一个物理属性量，只与场源以及试探点电荷在电场中的所处的位置有关，与试探点电荷自身无关。至此，已经了解了电场强度这一概念的构建过程，就不会只单纯地将E=F/q数学形式化了。

由此可以看出，教学不能只是讲知识本身，更重要的还要讲获得这些知识的过程和方法，“授之以鱼不如授之以渔”。而且教学的关键在于引导学生积极有效地思考，因此在运用比值定义法构建物理概念的教学时，必须要合乎比值定义法的逻辑思维活动顺序，这样才能保证教学过程条理分明，循序渐进，逐步深化，进而生成揭示事物属性的物理概念就水到渠成了。

参考文献：

[1]殷作模.例谈高中物理比值定义法[J].中学物理：高中版，2013（4）：93.37.

[2]广东基础教育课程资源研究开发中心物理教材编写组.粤教版物理[M]广东教育出版社.

[3]陶洪.著名特级教师教学思想录·中学物理卷[M].南京：江苏教育出版社， 2012.

[4]王俊.基于比值定义法的教学逻辑构建物理概念——以高中物理电场强度为例[J].教育科学论坛， 2015（3）.